NieuwsWetenschap

Breinimplantaat geeft verlamde man via een truc tastzin in hand terug

Amerikaanse wetenschappers zijn erin geslaagd via een hersenimplantaat een vrijwel verlamde man ‘gevoel in zijn hand’ terug te geven. Eerder is het de onderzoekers al gelukt met datzelfde implantaat de man zijn hand te laten bewegen.  

Ian Burkhart in het laboratorium waar hij met een implantaat weer tastzin krijgt.Beeld Getty

De proefpersoon, Ian Burkhart, raakte tien jaar geleden vrijwel volledig verlamd toen hij zijn nek brak tijdens een duik in zee. Alleen zijn schouders kon hij nog bewegen. Dat veranderde in 2016. Toen kon hij zijn verlamde rechterhand weer bewegen dankzij een brein-computerverbinding. Via die techniek stuur je met je gedachten een robotarm aan, of een arm, zoals Burkhart.  

Inmiddels is het onderzoeksteam een stap verder. Nu is het ze gelukt via deze verbinding ook huidsignalen te detecteren die bij de hersenen binnenkomen, melden ze in vakblad Cell. Daardoor ‘voelt’ Burkhart dat hij een voorwerp aanraakt, en laat hij minder snel iets uit zijn hand glippen. Althans, in het laboratorium, want daarbuiten is het systeem nog niet getest. 

.Beeld .

Omleiding

De brein-computerverbinding wordt tot stand gebracht door middel van een implantaat in de hersenregio die handbewegingen coördineert. Als Burkhart zich inbeeldt dat hij iets pakt, registreert het implantaat de hersensignalen. Die worden via een kabeltje naar een externe computer gestuurd, die ze weer doorstuurt naar een band met elektroden om zijn rechteronderarm. De elektroden geven elektrische pulsjes af, waardoor zijn hand een knijpbeweging maakt. Zo kan hij een object vastpakken en loslaten.

Op dit circuit is nu een omleiding aangesloten zodat Burkhart ook kan ‘voelen’. Dit is mogelijk omdat Burkharts hand ondanks de dwarslaesie zwakke huidsignalen naar zijn hersenen stuurt, alleen neemt hij een aanraking van zijn hand niet bewust waar. Door het implantaat iets anders af te stellen, registreert dat die zwakke huidsignalen.

Vanuit de computer loopt nu een kabel die aan de elektroden is verbonden én aan een band om zijn rechterbovenarm die kan trillen. Omdat Burkhart daar nog wel iets voelt, voelt hij de band trillen. Door die waarneming weet hij hoe hard hij moet knijpen, waarna de computer de hersensignalen omzet in een hardere of zachtere greep. Zo kan hij een beker oppakken of een creditcard swipen. Het gevoel in zijn rechterhand is dus niet terug, maar verplaatst naar zijn bovenarm.

Klein stapje

Het is bijzonder dat het implantaat naast spiersignalen ook huidsignalen kan registreren, zegt neurowetenschapper Nick Ramsey van het UMC Utrecht, zelf niet bij dit onderzoek betrokken. Want het implantaat zit in een hersenregio die spiersignalen ontvangt, pas een centimeter ernaast komen de huidsignalen binnen. ‘Dit onderzoek laat zien dat die twee regio’s minder scherp zijn begrensd dan gedacht, een vermoeden dat al langer bestond.’

Die bevestiging is belangrijk, vindt hij, maar zelf verwacht hij meer van experimenten waarin meerdere hersenimplantaten worden geplaatst, dan van één hersenimplantaat met een dubbelrol. Al bespaart dit Burkhart nu een hersenoperatie.

Toch is dit volgens Ramsey een stap in de goede richting: ‘Over jaar of dertig hebben we misschien een systeem waarmee iemand thuis een arm kan bewegen.’

Hobbels

Er zijn grofweg twee smaken hersenimplantaten. Een implantaat in de hersenen plaatsen, zoals bij Burkhart is gebeurd, of de elektroden net onder de schedel plaatsen, een techniek waarmee onder andere Ramsey experimenteert. De volgende drie hobbels dienen ze beide nog te nemen.

1. Thuissituatie is een kakofonie aan prikkels

Hersenonderzoek met implantaten vindt in een gecontroleerde omgeving plaats. Thuis krijg je een kakofonie aan prikkels te verduren, signalen die het implantaat per ongeluk kan registreren. Hoe weet het systeem welke signalen wel of niet moeten worden verwerkt? Daarom is het nog maar de vraag hoe goed de brein-computerverbinding van Burkhart buiten het laboratorium functioneert. ‘Stel dat ze een score van 80 procent halen, dan laat hij 1 op de 5 keer een glas uit zijn handen glippen’, zegt Ramsey.

Toch kan een kleine stap veel betekenen. Thuis weer een simpele handeling kunnen uitvoeren, kan de zelfstandigheid enorm vergroten. Zo plaatste zijn onderzoeksgroep een implantaat onder de schedel van een verlamde vrouw, waardoor zij via haar gedachten een computermuis kan bedienen. Een ogenschijnlijk futiele handeling, maar niet voor iemand die verlamd is.

2. Elke dag loopt het systeem een aantal keer vast

In het implantaat zitten tientallen elektroden, en elke elektrode geeft het signaal door van een minuscuul stukje hersenschors. Dat gaat nu nog vaak mis. ‘Je bent bijvoorbeeld aan het schrijven en opeens stopt je hand ermee,’ zegt Ramsey. Dan kun je pas verder schrijven als het systeem opnieuw is gekalibreerd. ‘Dat is nu meerdere keren per dag nodig en dat kan iemand niet zelf.’ Eerder zei Ramsey in de Volkskrant dan ook: “‘Er zijn drie technici en een aanhangwagen met apparatuur nodig om de patiënt zijn hand te laten gebruiken.’”

Die zijn nog steeds nodig, maar het is andere onderzoekers wel gelukt om de boel te vereenvoudigen. Daardoor is de ‘aanhangwagen’ iets gekrompen. Die technici blijven nodig, totdat de apparatuur simpel genoeg is dat een partner of huisgenoot die kan bedienen.

3. De levensduur van een elektrode is nu nog te kort

Misschien wel de allergrootste hobbel: het signaal van de elektroden zwakt op den duur af. ‘Het hersenvocht is een agressief goedje dat de elektroden “opeet”. Daarnaast bewegen de hersenen mee met pulserende bloedvaten, maar de elektroden niet. Dan ontstaan er kleine beschadigingen en littekenweefsel dat de elektroden inkapselt. Hierdoor moeten de elektroden na ongeveer vijf jaar vervangen worden, en daar is een ingrijpende operatie voor nodig.’

Een beter alternatief voor de elektroden zou pas echt doorbraken mogelijk maken, meent hij. Gelukkig is er zicht op zo’n alternatief. Dat zijn zulke dunne ‘naaldjes’ dat irritatie en littekens niet optreden, maar dat alternatief is nog in een vroege fase van ontwikkeling. Bovendien is het met nieuwe materialen altijd de vraag of die bestand blijven tegen het agressieve hersenvocht. 

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden